矿井地震波场对于采掘工作面地质构造具备响应特性,然而受限于井下复杂的接收条件及小构造的非均匀性,难以形成和接收有效的反射波,并且全空间效应下多方向多类型的地震波混叠。源于惠更斯-菲涅尔原理的散射波涵盖所有类型的波,比反射波更适合矿井地质构造的探测;以波场分离为核心的多波多分量地震勘探可弥补单一波探测的不足,适用于矿井地震波场。因此开展矿井散射多波成像方法的研究对于提高矿井地质构造的探测精度,丰富矿井地球物理精细探测方法的理论与应用研究,完善地质保障体系,具有科学价值和现实意义。从地震波运动学和动力学出发,研究了基于等效偏移距概念的散射波成像方法,根据煤系地层下地震波偏振特征,利用自适应时窗的瞬时极化参数动态求取方法构建了极化滤波函数,基于共散射点道集与转换波速度差异设计了转换波压制因子,为矿井散射波信号提供矢量波场分离方法。针对矿井采掘工作面的勘探需求,通过设计垂直于巷道走向的等效虚拟测线建立了散射波巷道超前探测的等效偏移距公式,并建立了单巷观测和双巷观测下的二维共散射点以及基于工作面透射观测下的三维共散射点的等效偏移距公式。建立适用矿井多波散射成像的探测模型,将矢量波场分离与共散射点道集映射一体化同步实施,提出了矿井多波散射成像方法并基于Visual C++、MATALB混编实现了程序化。运用数值模拟试验验证矿井多波散射成像可行性。(1)归类对比分析矿井回采工作面内陷落柱、断层、含煤层三维陷落柱模型和岩巷前方不同倾角断层、煤巷前方煤层断失模型的散射波场特征及真散射点位置,验证了纵、横波及槽波的极化特征差异参数,在选择成像波型时应统筹考虑不同波型的发育及受干扰程度;(2)对比与验证了矢量波场分离后不同目标类型波的共散射点道集,其具备端点和真散射点散射波提取准确、叠加次数高和干扰波消除彻底的优势,多波散射成像结果偏移归位准确、可靠性高且避免了病态对称假象;(3)统计分析了多波共散射点道集映射与波场分离的主要参数及其选取的效果,并给出了多波散射成像参数设定的准则。开展了基于速度型和加速度型三分量检波器的矿井地震三分量实际波场实验,通过分析煤层地震波时频域及偏振参数的差异特性,揭示矿井空间下实际地震波场的信号特征,评价两类检波器的现场适用性,为矿井地震勘探提供应用指导。实际矿井巷道超前探和回采工作面异常地质构造的现场探测结果表明,本文的矿井多波散射成像方法可完成纵波、横波和槽波的多波场成像,较常规反射波成像具有数据冗余、叠加次数高、成像更精准的优势,为保障矿井安全生产提供了现场应用价值。